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Matériaux pour pièces de vide et d’équipements semi-conducteurs

La nuance, l’état et le certificat décident si une pièce peut aller dans l’outil. Les désignations ci-dessous couvrent ASTM et UNS, EN et JIS, de sorte qu’un plan rédigé dans un système se lit de la même façon pour un atelier qui achète sa matière dans un autre.

Nuances de métaux et leurs désignations

Les équivalences sont proches, pas identiques. Les limites de composition diffèrent légèrement d’une norme à l’autre : nommez donc la norme à laquelle vous libérez et laissez l’atelier acheter conformément.

MatériauUNSENJISForme et état habituelsUtilisation
Aluminium 6061A96061EN AW-6061A6061Plaque et barre T6 ou T651Corps de chambre, couvercles, supports, la plupart des pièces de structure
Aluminium 5083A95083EN AW-5083A5083Plaque O, H111 ou H321Grands corps de chambre, structure de vide soudée
Aluminium 5052A95052EN AW-5052A5052Tôle et plaque H32Capots, gaines, enveloppes en tôlerie
Inox 304LS304031.4307SUS304LBarre et plaque recuitesBâtis, pièces de ligne de pompage primaire, structure de vide sans contact avec le fluide
Inox 316LS316031.4404SUS316LBarre, plaque et tube recuitsPièces en contact avec le gaz, brides, équipements UHV
Inox 316LNS316531.4429SUS316LNRecuit, souvent refonduBrides CF et pièces UHV étuvables
Titane Grade 2R504003.7035Class 2Barre et plaque recuitesZones de procédé corrosives, pièces PVD
Titane Grade 5R564003.7165TAP6400Barre et plaque recuitesPièces légères et rigides, bras de manipulation de wafers
MolybdèneR03600n/an/aBarre et plaque détensionnéesÉcrans thermiques, zone chaude et équipements d’implantation
Cuivre OFEC10100CW009AC1011Recuit ou demi-durJoints CF, blocs de refroidissement, pièces RF

Normes de plaque et de barre à nommer sur le plan : ASTM B209 et B221 pour l’aluminium, ASTM A240 et A276 pour l’inox, ASTM B265 et B348 pour le titane, ASTM F68 pour le cuivre sans oxygène.

Aluminium ou inox

La plupart des pièces de chambre sont l’un ou l’autre. Le choix se fait par la température, la chimie du procédé et le mode d’assemblage, plus que par la résistance.

Aluminium 6061 et 5083

  • Léger, rapide à usiner, moins cher par pièce
  • Bon conducteur de chaleur, adapté aux couvercles et plaques refroidis
  • Reçoit l’anodisation dure Type III pour les surfaces exposées au plasma
  • Températures d’étuvage plus basses que l’inox
  • Les faces d’étanchéité se rayent facilement, la manutention et l’emballage comptent donc

Inox 304L et 316L

  • Étuvable à plus haute température pour le travail UHV
  • Se soude en joints étanches, standard pour les équipements CF
  • Électropoli pour la pureté des surfaces en contact avec le gaz
  • Plus lourd et plus lent à usiner, il s’écrouit
  • Les nuances L à bas carbone limitent la sensibilisation aux soudures

Choix de plaque dans l’aluminium : 6061, 5083 et plaque d’outillage coulée pour chambres. Nuances de pureté de l’inox : 316L VIM-VAR pour lignes de gaz UHP.

Ce qu’il faut écarter d’une pièce de vide

Ce sont les matériaux et les habitudes qui passent un contrôle dimensionnel puis échouent à la mise sous vide ou à l’étuvage.

  • Zinc et cadmiumTous deux ont une pression de vapeur élevée et contaminent une chambre à l’étuvage. Cela exclut le laiton, le 7075 et les autres alliages contenant du zinc ainsi que les fixations cadmiées à l’intérieur du vide.
  • Nuances de décolletageLe soufre et le plomb sont ce qui rend les 303, 12L14 et 2011 faciles à couper. Ils dégazent, nuisent à la qualité des soudures et apparaissent comme des inclusions sur une face polie. Spécifiez du 304L ou du 316L, pas du 303.
  • Matière coulée poreuseLa porosité de fonderie piège du gaz et du fluide de nettoyage et libère les deux sous vide. De la plaque ou de la barre corroyée pour tout ce qui voit le vide, sauf si la pièce coulée est qualifiée pour cela.
  • Silicone et lubrifiants inconnusLe silicone migre et se retire difficilement. Demandez à l’atelier quels lubrifiants et fluides de coupe touchent la pièce, et indiquez sur le plan si le silicone est interdit.
  • Volumes borgnes non ventilésCe n’est pas un matériau, mais cela se comporte comme tel. Du gaz piégé derrière une vis ou dans un trou borgne fuit lentement et se lit comme une mauvaise mise sous vide.

Pourquoi cela compte à basse pression : dégazage.

Polymères et céramiques

Les températures sont les limites de service continu typiques des fabricants de matière, pas des limites d’étuvage sous vide. Les charges, les pigments et la nuance modifient à la fois la limite et le dégazage.

MatériauForme habituelleLimite de service typiqueUtilisation
PEEK, non chargéBarre et plaque extrudéesEnviron 250 °C en continuIsolants, pièces en contact avec le wafer, anneaux CMP
Polyimide (type Vespel SP-1)Formes obtenues en formage directEnviron 290 °C en continuIsolants haute température, patins d’usure
PPSExtrudé ou moulé par compressionEnviron 220 °C en continuAnneaux de maintien CMP, pièces côté chimie
PTFE et PFABarre et feuille mouléesEnviron 260 °C en continuPièces de procédé humide, joints, chemises
Alumine 99.5 pour centFrittée, puis rectifiée ou rodéeBien au-dessus de la plage de procédéIsolants, pièces en contact avec le wafer, en général chez un céramiste

ASTM E595 est le test de dégazage courant pour les polymères : perte de masse totale de 1.0 pour cent ou moins et matières volatiles condensables collectées de 0.10 pour cent ou moins. Demandez les données du fabricant pour la nuance exacte. Plus de détails dans PFA, PVDF et PEEK pour outils de procédé humide et alumine et AlN dans les outils à wafers.

Certificats et traçabilité

La documentation fait partie de la matière. Indiquez le type de certificat sur le plan, sinon il ne figurera pas dans le devis.

  • EN 10204 3.1Certificat de réception du fabricant de la matière avec la composition et les résultats mécaniques mesurés de la coulée. La demande normale pour les pièces de vide et de gaz.
  • EN 10204 3.2Les mêmes résultats, confirmés en outre par un inspecteur indépendant ou le représentant de l’acheteur. Demandé uniquement pour les pièces critiques, et il ajoute du délai à l’aciérie.
  • Traçabilité du lot de couléeLe numéro de coulée du certificat est marqué ou enregistré pour chaque pièce ou lot, de sorte qu’une question matière peut être remontée jusqu’à la matière utilisée.
  • Liste de matières restreintesSi votre société interdit des substances ou exige une déclaration, envoyez la liste avec la demande. Elle réduit la matière qu’un atelier peut acheter.
  • Certificats de finitionLes lignes d’anodisation, de dépôt et d’électropolissage délivrent leur propre certificat par lot. Demandez-le avec le rapport dimensionnel.

Questions sur les matériaux

Le 6061 ou le 5083 est-il meilleur pour un corps de chambre ?

Le 6061-T6 s’usine proprement, tient bien une face d’étanchéité et reçoit uniformément l’anodisation dure, il couvre donc la plupart des corps et couvercles de chambre usinés. Le 5083 est le choix habituel pour les grands corps soudés, car il conserve davantage de sa résistance après soudage et se livre en plaque épaisse. La conception des soudures tranche généralement.

Ai-je besoin de 316L ou le 304L suffit-il ?

Pour la structure et les pièces de ligne de pompage primaire, le 304L suffit normalement. Les pièces en contact avec le gaz, les pièces électropolies pour la pureté et celles exposées à un gaz de procédé corrosif demandent en général du 316L, et les lignes de gaz ultra pures vont souvent plus loin avec du 316L VIM-VAR. C’est le molybdène du 316L qui améliore la résistance à la corrosion.

Qu’est-ce qu’un certificat 3.1 et en ai-je besoin ?

Un certificat de réception EN 10204 type 3.1 est délivré par le fabricant de la matière et indique la composition et les résultats mécaniques mesurés pour cette coulée. La plupart des plans de pièces de vide et de gaz en demandent un, rattaché au lot de coulée de la matière réellement utilisée. Un certificat de négociant qui ne fait que répéter la nuance n’est pas le même document.

Le PEEK peut-il aller à l’intérieur de la chambre ?

Souvent, oui. Le PEEK non chargé et le polyimide sont courants sous vide parce qu’ils dégazent peu après un étuvage. Vérifiez la nuance, car les charges et les pigments changent le résultat, et demandez au fabricant de la matière des données de dégazage mesurées selon ASTM E595.

Matière choisie ? Envoyez le plan.

Indiquez la nuance, la norme et le type de certificat dans la demande. Nous la transmettons à 3 ateliers au plus qui achètent déjà cette matière et répondons sous 24 heures ouvrées.